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流体力学试题及答案2







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试 试 学年第 二 学期 课程名称:流体力学







A

B



) 总分 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十

… ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄
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一、判断题(20 分) 1. 从微观的角度来看,流体的物理量在时间上的分布是不连续的。 (T) 2. 大气层中的压强与密度、温度的变化有关而且受季节、气候等因素的影 响。 (T) 3. 压力体的体积表示一个数学积分,与压力体内是否有气体无关。 (T) 4. 流体静止时,切应力为零。 (T) 5. 温度升高液体的表面张力系数增大。 (F) 6. 液滴内的压强比大气压小。 (F) 7. 声音传播过程是一个等熵过程。 (T) 8. 气体的粘性随温度的升高而增大。 (T) 9. 应用总流伯努利方程解题时,两个断面间一定是缓变流,方程才成立。 (F) (F) 10. 雷诺数是表征重力与惯性力的比值。 11. 不可压缩流体只有在有势力的作用下才能保持平衡。 (T) 12. 对流程是指海拔 11km 以上的高空。 (F) 13. 静止的流体中任意一点的各个方向上的压强值均相等。 (T) (T) 14. 在拉格朗日法中,流体质点轨迹给定,因此加速度很容易求得。 15. 对于定常流动的总流,任意两个截面上的流量都是相等的。 (T) 16. 紊流水力粗糙管的沿程水头损失系数与雷诺数无关。 (T) 17. 在研究水击现象时,一定要考虑流体的压缩性。 (T) 18. 雷诺数是一个无量纲数,它反映流动的粘性力与重力的关系。 (F) 19. 当马赫数小于一时,在收缩截面管道中作加速流动。 (T) 20. 对于冷却流动 dq 小于 0,亚音速流作减速运动,超音速流作加速运动。 (T)

产生影响。 2. 自由面上的压强的任何变化,都会 等值 地传递到液体中的任何一点,这就是由斯卡定律。 3. 液体在相对静止时,液体在重力、 惯性力 4. 从海平面到 11km 处是 、和压力的联合作用下保持平衡。





对流层 ,该层内温度随高度线性地 降低 。 的表压强与面积的乘积。

5. 平面壁所受到的液体的总压力的大小等于 形心处





6. 水头损失可分为两种类型: 沿层损失 和 局部损失 。 7. 在工程实践中,通常认为,当管流的雷诺数超过 2320 ,流态属于紊流。

8. 在工程实际中,如果管道比较长,沿程损失远大于局部损失,局部损失可以忽略,这种管在水 力学中称为 长管 。

9. 紊流区的时均速度分布具有对数函数的形式,比旋转抛物面要均匀得多,这主要是因为脉动速 度使流体质点之间发生强烈的 动量交换 ,使速度分布趋于均匀。 10. 流体在运动中如果遇到因边界发生急剧变化的局部障碍(如阀门,截面积突变) ,流线会发生变 形,并出现许多大小小的 称为局部水头损失。 旋涡 ,耗散一部分 机械能,这种在局部区域被耗散掉的机械能

三、选择题(单选题,请正确的答案前字母下打“∨” ) 1. 流体的粘性与流体的__ __无关。 (A) 分子内聚力 (B) 分子动量交换 (C) 温度 (D) ∨ 速度梯度 2. 表面张力系数 (A) ∨ (B) 的量纲是____ 。 (C) (D) 的液体不润湿固体。 (D) 0o

3. 下列四种液体中,接触角 (A) ∨120o (B) 20o (C) 10o

4. 毛细液柱高度 h 与____成反比。 (A) 表面张力系数 5. (B) 接触角 (C) ∨ 管径 (D) 粘性系数 ,压力中心的淹深为 ,当 增大时,

用一块平板挡水,平板形心的淹深为 。

二、填空题(10 分) 1. 管道截面的变化、 剪切应力 及壁面的热交换,都会对一元可压缩流动

(A)增大 (B)不变 (C) ∨减小

6. 液体随容器作等角速度旋转时,重力和惯性力的合力总是与液体自由面_ __ _ 。 (B) 斜交 (C) 相切

五、(40 分,每小题 10 分):
3 1. 用直径 d = 200mm ,长 l = 3000m ,粗糙度 ? = 0.2mm 的管道输送密度 ρ = 900kg / m 的石油,流量

(A) ∨正交

Q = 27.8 × 10 ?3 m3 / s ,油的运动粘性系数冬季:ν = 1.092 × 10 ?4 m 2 / s ,夏季:ν = 0.355 × 10 ?4 m 2 / s , 求其沿程损失。 (D) 无粘 解:
V= Q = 0.885m / s πd 2 (2 分) Vd

7. 在____流动中,流线和迹线重合。 (A) ∨ 定常 (B) 非定常 (C) 不可压缩 8. 控制体是____ 。 (A) 包含一定质量的系统 (B) 位置、形状都变化的空间体 (D) 形状不变,位置移动的空间体

(C) ∨固定的空间体

冬季:

Re =

ν

= 1620 < 2320

9. 连续性方程表示控制体的____守恒。 (A) 能量 (B) 动量 (C) 流量 (D) ∨ 质量 10. 流体微团的变形速度包括 。

hf = λ

l V2 64 ,λ = d 2g Re (4 分)

(A)线变形

(B)角变形 (C)旋转角速度 (D)∨前三者之和

hf =

64 l V 2 = 23.65(油柱) Re d 2 g
Re = Vd

三、简答题(20 分,每小题 5 分): 1. 试说明伯努利方程成立的条件。 答:流动定常;不计粘性力的影响;流体不可压缩;质量力仅为重力;方程 仅沿流线成立。

夏季:

ν

= 4986

(1 分)

因为:

4000 < Re < 80

d = 80000 ? 所以应用勃拉修斯公式(2 分)

2. 简述 N-S 方程精确解研究的主要意义: 答:N-S 方程有精确解的情况目前只有几十个,而且其中的大部分不能直 接应用到实际问题中去,但是在揭示粘性流动的本质特征方面动功不可 没。另外,在发展新的数值计算方法时,可取有精确解的情况作为算例, 通过比较其结果来判断数值计算方法的合理程度。 在一些复杂的粘性流体 力学问题中, 有时还可以近似地用相近情况的精确解作初步估计或者作为 用摄动法求解的基础。以有精确解的情况为出发点,探讨在原方程或定解 条件中加入一些变化因素会带来一些什么变动, 从而发展出新的理论也是 精确解的一种用途。 3. 说明哪些情况可以近似为平面流动。 答:当物体一个方向的尺度比别两个方面尺度大得多时,可以近似地看作是 截面形状不变的柱体,对于垂直于这个柱体母线的流动,除柱体边缘的区 域外可以看作是平面流动。

λ=

0.3164 = 0.0378 Re 0.25

hf = λ

l V2 = 22.64(油柱) d 2g (1 分)

6 2. 长 l = 1000m ,直径 d = 150mm 的水平管道,出口压强为大气压,入口的表压强为 0.965 × 10 Pa ,管 3 ?4 2 内石油的密度为 ρ = 920kg / m ,其运动粘度ν = 4 × 10 m / s ,试求体积流量。

解: ? = ρν = 0.368kg / m ? s (4 分) 假定流动为层流

p ? pa r02 Vd V= = 1.8438, Re = = 691 l 8? ν (4 分)
故为层流,与假定相符,于是流量为

4. 简述复位势的性质
Q=

πd 2
4

V = 0.0326m3 / s

答:两点的复位势之差是个复数,其实部是两点连线上的速度环量,虚部是 通过两点连线的流量;复位势允许加任一复常数而不改变所代表的流动; 两个不可压缩平面势流叠加仍得到一个平面势流, 其复位势是原来两个复 位势之和。

(2 分)

3. 如图所示,矩形平板将渠道上、下游的水隔开,平板为单位宽度,水平倾 角为 θ 。此平板可绕一个固定铰轴 O 转动。上、下游水深为 H 和 h ,设铰轴 O 至板底边 B 之距为 S , 求证: 为保证平板在上下游水压力作用下不会自动开启,

4. 水泵装置如图。水泵安装高度 h=2.5m,高低水池液面(面积足够大)高差 Z=20m,吸水管管径 D1=0.2m,长度 l1=5m,沿程阻力系数为 0.02,总局部 水头损失系数为 5; 压水管的直径 D2=0.15m, l2=50m, 沿程阻力系数为 0.03, 压管总的局部水头损失系数为 6,测得水泵出口处的表压 P-Pa=2×105Pa. 试求:①水泵输水量 Q 和②水泵的功率(水泵的功率系数为 0.80)(10 分) 。

S>
应使

H 3 ? h3 3( H 2 ? h 2 ) sin θ

解:2-2 和 3-3 应用总流的伯努力方程: h+
2 p l v2 p v2 + = z + a + (λ 2 2 + ζ 2 ) 2 ρg 2 g ρg d2 2 g (4 分)

解得, v 2 = 1.95m / s (1 分) Q = v2 解:
F=

πd 22
4

= 0.034m 3 / s

(3 分) (2 分)

1 1 H / sin ρgH 2 作用点在距板底 B : 3 1 1 h / sin ρgh 2 作用点在距板底 B : 3

θ θ

P = ρgQ( z + hw ) / η = 9.88 KW (3 分)

f =

(3 分)

板不会自动开启应满足:
1 1 F ( S ? H / sin θ ) > f ( S ? h / sin θ ) 3 3 (2 分)

整理得

H 3 ? h3 S> 3( H 2 ? h 2 ) sin θ (2 分)


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